道路下穿包西铁路框架桥纠偏方案的技术分析

（中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070）

内蒙古某道路下穿包西铁路采用双单孔14 m框架桥，包西铁路是国铁一级双线电气化铁路，设计时速160 km/h，某道路按照二级道路标准设计，设计速度为80 km/h，双四车道布置，铁路下框架桥采用架设便梁顶进施工。

根据设计图纸，框架桥基底处在人工填土层上，基底采用高压旋喷桩进行地基加固，因地基处理不到位且地质情况复杂，顶进就位后框架桥工后水平偏移和竖向下沉较大，箱桥轴线与设计轴线交叉，交叉角度为2°，导致桥体西端向南偏移38 cm、东端向北偏移76 cm，西端高程较原设计下沉20 cm、东端较原设计下沉40 cm。框架桥的偏移和下沉影响了两侧道路的顺接，线型扭曲不平顺，须采用有效的纠偏措施，以满足使用要求。

1 施工方案

第一阶段：架设D梁，凿除框间、涵背、涵顶混凝土，拆除端翼墙、防撞墩和栏杆基础，抬升条基（钻孔桩、支撑横梁）施工；

封锁包西线上下行正线区间段180 min的施工计划：进行D形便梁架设、养护线路、凿除顶板混凝土（人工凿除）、凿除栏杆和栏杆基础；

邻近营业线进行：凿除框间、过渡段混凝土（人工配合机械进行绳锯处理）、凿除端翼墙（机械凿除）、条基施工（钻孔桩、支撑横梁）；

挑檐边墙下开挖基坑，施工钻孔桩及支撑横梁，在框架底板处设置标高观测点，开挖基坑过程中，对框架桥主体进行沉降监测，一旦发现沉降值超过规定，须停止开挖施工。

第二阶段：框架桥顶升和纠偏：单孔14 m框架桥选用8台500 t顶镐，平均布置在框架桥四角的条基（支撑横梁）上。

布顶时在条基顶和框架挑檐边墙底间布置1块厚20 mm钢板，以均匀受力；利用液压泵站进行控制，液压泵站并路控制8台顶镐。顶升按5个循环顶升框架，在顶升前，应对顶镐、油泵液压系统再次进行检查，确保设备状态良好，顶升必须在线路封锁期间进行。第1循环先顶升扎头较大的框架桥东侧，最底层抄垫采用硬质杂木板（木板按现场坡度加工）垫水平；在其上垫混凝土垫块，用8台顶镐顶升框架使之水平。第2、3、4、5次循环中，每个循环用8台顶镐同时顶升框架，每循环顶升高度控制在25～35 cm。每顶一次支垫一次，顶升框架至设计标高为止。当框架整体被顶升至设计标高后，测量并控制高度，全面进行支垫，撤去顶镐等各项设备。在顶升过程中要求专业操作人员控制，顶起框架过程中，每顶起一镐，注意观测施工中各种情况，测量控制好水平标高，保证两侧不因倾斜使框架底板受力不均。最后一次顶起后在顶镐之间放置8台小塔克（滑车），用导链连接框架桥外侧桩基与小塔克，利用吊链进行拉动小滑车使框架桥扭转至设计位置，完成原位平面纠偏。在框架底回砌浆片，并预埋压浆孔道，完成回砌浆片后，采用低压注浆的施工技术塞满框架底空隙，以确保底板下均匀密实。顶镐布置实况如图1所示。

图1 顶镐布置实况

第三阶段：拆除D梁恢复线路，底板接长，恢复附属结构。

框间及涵背混凝土回填施工；采用地泵浇筑混凝土。进行D形便梁拆除、大机捣固、恢复线路、底板接长、恢复端翼墙及防撞墩和栏杆、清理现场。

2 计算分析

2.1 框架桥挑檐边墙计算

顶镐需布置在条基和框架桥挑檐边墙之间，框架桥挑檐边墙集中受力情况下，需进行抗弯和抗剪承载力计算。

2.1.1 框架桥挑檐边墙抗剪计算

基础上部荷载：框架桥自重24 285 kN，安全系数取1.2。挑檐边墙下支点集中力7 285 kN，计算剪力7 285 kN，挑檐边墙宽度0.9 m，挑檐边墙高8 m，内力偶的力臂0.87×（8-0.05）=6.917 m。计算如表1所示，抗剪满足要求。

表1 框架桥挑檐边墙抗剪计算

2.1.2 框架桥挑檐边墙抗弯计算

挑檐边墙下支点集中力为7 285 kN，支点集中力至箱身的距离取1.9 m（即力臂），则挑檐边墙与箱身连接处的截面弯矩为7 285×1.9=13 841.5 kN·m。

框架桥挑檐边墙抗弯计算各数值如下：

受压区高度：295 mm；

抗弯承载力：39 590.33 kN·m；

截面受弯承载力：13 841.50 kN·m；

安全系数：2.86，截面安全。

原挑檐边墙下布置一排直径16 cm的HRB400级钢筋，共8根。在顶力作用下，边墙下部受拉钢筋不能满足要求，挑檐边墙底部植入4排直径25 mmHRB400级钢筋，每排6根，钢筋间距12 cm。

底部抗弯计算过程如表2所示，裂缝计算满足要求。

表2 底部抗弯计算过程

根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）中要求：受拉钢筋锚固长度为1.0×0.14×360×25/1.71=737 m，取锚固长度为750 mm。

施工时，先凿毛处理挑檐边墙底部1.1 m范围内，采用HVU化学黏结剂配合HRB400钢筋直径25 mm，在既有框架上植筋，间距@120 mm，钻孔直径30 mm，锚固深度75 cm，植筋完成后，浇筑混凝土。

2.2 条基基础计算

建立箱身有限元模型，考虑条形基础底土体的刚度贡献，取用刚度为50 000 kN/m的仅受压弹性支承，根据模型计算所得，最大桩顶力为4 789 kN。按照《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10093—2007），摩擦桩的单桩轴向受压承载力容许值：桩长：30.0 m，桩径：1.5 m。

计算可得：

桩顶外荷载值标准值：4 789.0 kN；

桩身自重与置换土重的差值：318.1 kN；

单桩底垂直轴力：5 107.1 kN；

安全系数：1.03。

2.3 底板加长后基底应力检算

框构两侧挑檐边墙范围内底板接长，与原框构采用植筋连接，可有效降低框架桥基底压应力，使得地基承载力满足要求。

3 铁路变形监测

3.1 监测内容

根据规范要求结合本工程特点，主要对便梁支墩和铁路路基沉降、倾斜、水平位移进行监测，监测内容如下：

沉降、倾斜、水平位移监测基准点及工作基点布于测区外稳定区域，依据测区情况共设置2～4个基准点，工作基点与基准点共点。

各个梁支墩和线路路基布设1个沉降监测点和1个水平位移监测点。

3.2 监测周期及频次

对便梁支墩和路基沉降、倾斜监测从施工开始至施工结束后1个月，监测周期暂估为3个月，具体监测时长依据施工进度及具体的工后沉降变形稳定情况确定。

监测周期内梁支墩和路基监测每天至少观测2次，重点工序每2 h观测1次。

当变形量达到预警值时加密观测频次。

3.3 监测方法

3.3.1 沉降监测沉降监测网按变形监测的等级三等执行，观测时按二等水准测量的相关技术要求执行，将监测点作为二等水准观测中各转点进行附和或闭合水准路线观测，采用基准点严密平差得到各监测点高程。

3.3.2 倾斜监测

倾斜监测采用差异沉降方法计算。

3.3.3 水平位移监测

水平位移监测按变形监测的等级二等执行。

采用极坐标法依次测量邻近各监测点的平面坐标；每站测量1测回，取平均值作为最终成果；边长的气温、气压改正由全站仪实时进行。

按上述方法，初始观测连续测量至少2次，以后每次观测值与初始值之差即为累计位移量（累计变化量）；相邻2次观测值之差即为本次监测的位移量（单次变化量）。

3.4 监测预警

监测采用两级报警制度，即设置预警值及报警值，沉降单日预警值为±2 mm，单日报警值为±4 mm，累计报警值为±10 mm。

4 结语

某道路下穿包西线框架桥纠偏工程，因地制宜，结合铁路和箱身现状，铁路线路在D形便梁架空防护后，采用钻孔桩加条基为基础原位顶升和平面纠偏的方案，施工快捷。在维持铁路正常运营的情况下，短期内使框架桥安全复位，同时采用补救措施，有效降低箱身基底应力，保证其在正常使用中不再发生二次偏移和倾覆。该项目纠偏方案取得了成功，避免了重大经济损失。